Космос - Карл Саган

335

конец ее жизненного цикла зависят в значительной степени от ее начальной массы. Если после всех потерь вещества, выброшенного в космос, масса звезды остается в два-три раза больше солнечной, то завершение ее жизненного цикла будет кардинально отличаться от того, что ждет наше Солнце. Однако и судьба Солнца тоже весьма драматична. Через пять-шесть миллиардов лет, когда весь водород в его центре превратится в гелий, область водородных термоядерных реакций станет медленно расширяться, перемещаясь в сторону поверхности, пока не достигнет зоны, где температура составляет менее десяти миллионов градусов. Тогда водородная реакция прекратится. Между тем самогравитация Солнца возобновит сжатие обогащенного гелием ядра и вызовет рост температуры и давления внутри него. Ядра гелия будут все более плотно прижиматься друг к другу, пока не начнут, несмотря на взаимное электрическое отталкивание, сцепляться крючками короткодействующих ядерных сил. Пепел станет топливом, и на Солнце начнется второй этап ядерных реакций.

Этот процесс будет генерировать такие элементы, как углерод и кислород, и на некоторое время обеспечит энергией свечение Солнца. Звезда подобна птице фениксу, которой предначертано на время восстать из собственного пепла*. Водородные реакции, протекающие в тонком слое вдали от центра, и высокотемпературные гелиевые реакции в ядре вместе приведут к значительным изменениям на Солнце: снаружи оно существенно увеличится в размерах и остынет. Солнце

* Звезды, массой превосходящие Солнце, на поздних этапах своей эволюции достигают более высоких центральных температур. Они способны свыше одного раза восставать из собственного пепла, используя углерод и кислород для синтеза еще более тяжелых элементов. — Авт.

336

станет красным гигантом. Его видимая поверхность настолько удалится от центра, что тяготение на ней значительно ослабнет и атмосфера начнет интенсивно улетучиваться в космос в ходе своеобразного звездного шторма. Когда покрасневшее и разбухшее Солнце сделается красным гигантом, оно поглотит и уничтожит планеты Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Внутренняя часть Солнечной системы окажется тогда внутри самого Солнца.

Спустя миллиарды лет в жизни Земли наступит последний счастливый день. А затем Солнце начнет медленно краснеть и раздуваться, нависая над Землей, задыхающейся от зноя даже на полюсах. Арктические и антарктические ледники растают, затопив берега континентов. Высокая температура океана заставит воду испаряться интенсивнее, заслоняя Землю от солнечного света облаками и ненадолго оттягивая ее конец. Но солнечная эволюция неумолима. В конце концов океан закипит, атмосфера испарится в космос и катастрофа, колоссальней которой и не представишь, случится на нашей планете*. К тому времени люди наверняка эволюционируют во что-то совершенно иное. Возможно, наши потомки научатся управлять звездной эволюцией и сдерживать ее. Или, может быть, они просто переберутся жить на Марс, на Европу или на Титан либо, в соответствии с предвидениями Роберта Годдарда, отыщут себе необитаемую планету в какой-нибудь молодой и перспективной планетной системе.

Звездный пепел Солнца может повторно служить в качестве топлива лишь до какого-то предела. В конце концов наступит время, когда солнечные недра насытятся

* Ацтеки предсказывали время, «когда Земля устанет... когда семя Земли кончится». Однажды, верили они, Солнце упадет с неба, и звезды осыплются с него. — Авт.

337

углеродом и кислородом, дальнейшее протекание ядерных реакций станет невозможным при установившихся температуре и давлении. После того как гелий в центре будет почти полностью выработан, возобновится отложенный на время коллапс солнечных недр, температура снова вырастет, запустив последний этап ядерных реакций и еще немного увеличив атмосферу Солнца. В смертельной агонии Солнце будет медленно пульсировать, расширяясь и сжимаясь с периодом в несколько тысячелетий, извергая свою атмосферу в космос в виде одной или нескольких концентрических газовых оболочек. Обнаженные солнечные недра затопят сброшенную оболочку ультрафиолетом, возбуждая в ней восхитительное красное и голубое флуоресцентное свечение, тянущееся за пределы орбиты Плутона. Возможно, на это уйдет до половины массы Солнца*. Солнечная система наполнится жутковатым свечением, призраком Солнца, покидающим умершее светило.

Обозревая маленький уголок Млечного Пути вокруг нас, мы видим много звезд, окруженных сферическими оболочками светящегося газа — планетарными туманностями. (Они не имеют ничего общего с планетами, но в слабый телескоп некоторые из них отдаленно напоминают голубовато-зеленые диски Урана и Нептуна.) Они выглядят как кольца, по той же причине, что и мыльные пузыри: мы видим больше их вещества на периферии, чем около центра. Каждая планетарная туманность — это знак умирающей звезды. Вокруг центрального светила может сохраниться свита мертвых миров — останки планет, некогда полных жизни, а ныне безвоздушных и безводных, купающихся в призрачном свечении.

* Согласно современным представлениям, потери массы на этой стадии не могут быть столь велики и составляют не более 10-20 % массы звезды. — Пер.

338

Остаток Солнца, обнаженное солнечное ядро, поначалу заключенное в кокон планетарной туманности, будет маленькой горячей звездой, остывающей в космосе, сжавшейся до неслыханной на Земле плотности — более тонны в одной чайной ложке. Спустя миллиарды лет Солнце станет вырожденным* белым карликом, остывая, как те светлые точки, что мы видим в центрах планетарных туманностей, от высоких поверхностных температур до конечного состояния, темного и мертвого черного карлика.

Две звезды с близкими массами будут эволюционировать примерно в одинаковом темпе. Однако более массивная звезда потратит свое ядерное топливо быстрее, раньше станет красным гигантом и первой достигнет финальной стадии белого карлика. Поэтому должно существовать и дейтвительно существует множество двойных звезд, состоящих из красного гиганта и белого карлика. Некоторые такие пары настолько тесны, что звезды соприкасаются, и светящаяся атмосфера перетекает с раздувшегося красного гиганта на компактный белый карлик, причем норовит упасть на определенные области поверхности белого карлика. Водород накапливается, сжимается мощным гравитационным полем белого

* Устойчивость белому карлику придает особое состояние вещества, так называемый вырожденный электронный газ, давление которого определяется квантово-механическими закономерностями и зависит только от плотности вещества, но не от его температуры. Тем не менее и вырожденный электронный газ способен противостоять давлению только до известного предела, за которым электроны сливаются с протонами ядер, превращая их в нейтроны. В 1931 г. этот предел теоретически обнаружил знаменитый индийский астрофизик Субрахманьян Чандрасекар, доказавший, что не может существовать белых карликов с массой больше 1,4 массы Солнца. Это значение теперь известно как предел Чандрасекара. Спустя более пятидесяти лет, в 1983 г., за свои выдающиеся работы в области астрофизики Чандрасекар был удостоен Нобелевской премии. — Пер.

339

карлика до все более и более высоких давления и температуры, пока в украденной у красного гиганта атмосфере не начинаются термоядерные реакции, приводящие к кратковременной яркой вспышке белого карлика. Такие двойные звезды называют новыми, и они по своей природе принципиально отличны От сверхновых. Новые вспыхивают только в двойных системах за счет энергии водородных реакций; вспышки сверхновых случаются и с одиночными звездами, а их энергетику обеспечивают реакции с участием кремния.

Атомы, синтезированные в недрах звезд, обычно возвращаются в состав межзвездного газа. Атмосферы красных гигантов постепенно утекают в космос; планетарные туманности — это конечные стадии эволюции солнцеподобных звезд, сбрасывающих свои верхние слои. Сверхновые в ходе катастрофических взрывов извергают в космос большую часть своей массы. В межзвездное пространство возвращаются, конечно, те атомы, что легче всего возникают при термоядерных реакциях в звездных недрах: водород превращается в гелий, гелий — в углерод, углерод — в кислород, таким образом в массивных звездах за счет последовательного добавления ядер гелия образуются неон, магний, кремний, сера и далее вплоть до железа — по два протона и нейтрона за шаг. Реакция, протекающая в кремнии, также приводит к образованию железа: пара ядер кремния, по двадцать восемь протонов и нейтронов в каждом, сливается при температуре около миллиарда градусов, чтобы породить атом железа с пятьюдесятью шестью протонами и нейтронами.

Это все знакомые нам химические элементы. Мы узнаём их названия. В этих звездных ядерных реакциях не возникают эрбий, гафний, диспрозий, празеодим или иттрий, а только элементы, хорошо известные нам из